Dans un papier publié dans Lettres de recherche géophysique, les chercheurs ont découvert que les turbulences dans la thermosphère obéissent aux mêmes lois physiques que le vent dans la basse atmosphère. De plus, le vent dans la thermosphère tourne principalement dans une direction cyclonique, c’est-à-dire qu’il tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère nord et dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère sud.
Les résultats révèlent un nouveau principe unifié pour les divers systèmes environnementaux de la Terre et peuvent potentiellement améliorer les prévisions futures de la météo terrestre et spatiale.
À un moment ou à un autre, nous nous connectons pour consulter les dernières prévisions météorologiques et, même si elles nous donnent une bonne idée de nos conditions atmosphériques quotidiennes, les recherches visant à étudier la façon dont l’air terrestre se déplace sont d’une complexité vertigineuse.
« Au niveau fondamental, nous étudions l’interaction de l’énergie cinétique dans l’atmosphère à différentes tailles et échelles. Cette énergie se présente principalement sous forme de vent et de turbulence. Au fil des décennies, une quantité massive de données nous a permis de comprendre comment cela se produit. l’énergie circule et se dissipe pour affecter le temps dans la troposphère, la couche la plus basse de l’atmosphère », explique le professeur Huixin Liu de la faculté des sciences de l’université de Kyushu qui a dirigé l’étude.
« Mes recherches portent sur les mouvements dans la haute atmosphère, en particulier la thermosphère, où nous explorons les lois correspondantes régissant la dynamique et le flux d’énergie dans la région. »
La thermosphère est une partie de l’atmosphère située à environ 80 à 550 km au-dessus du niveau de la mer et est souvent appelée la porte d’entrée vers l’espace. Il s’agit d’une région essentielle pour les opérations spatiales et c’est là que vous trouverez la Station spatiale internationale ainsi que la plupart des satellites. C’est aussi là que se forment les aurores.
Nuages noctilumineux observés dans la ville allemande de Kühlungsborn. Sa structure et son écoulement délicats et complexes indiquent la présence d’ondes de gravité et de turbulences atmosphériques. Crédit : Gerd Baumgarten/Institut Leibniz de physique atmosphérique
Liu a collaboré avec le chercheur en météorologie Dr Facundo L. Poblet de l’Institut Leibniz de physique atmosphérique de l’Université de Rostock, dont les travaux se concentrent sur la dynamique et la turbulence dans la basse atmosphère en dessous d’une altitude de 100 km.
« Mes recherches portent sur la physique spatiale et je voulais voir si nous pouvions appliquer ses méthodes météorologiques à mon domaine de recherche », explique Liu.
L’équipe a analysé les données de vent de la thermosphère de deux satellites, le Challenging Minisatellite Payload (CHAMP) et le Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer (GOCE). Avec ces données, l’équipe a calculé la fonction de structure de troisième ordre du vent, une quantité statistique qui fournit des informations sur la turbulence sous-jacente. À leur grand étonnement, ils ont découvert que la thermosphère présente une loi d’échelle similaire à celle de la basse atmosphère.
« Cela signifie que la thermosphère et la troposphère, malgré des compositions et des dynamiques atmosphériques radicalement différentes, suivent les mêmes lois physiques. La façon dont la turbulence se déplace, se forme et se dissipe dans ces deux régions est très similaire », poursuit Liu.
Malgré des progrès remarquables dans la compréhension de la thermosphère, l’interaction complexe de la turbulence est restée largement insaisissable, et l’équipe est heureuse que leurs découvertes jettent un nouvel éclairage sur cet aspect sous-exploré de la dynamique de l’espace proche.
« Semblable aux prévisions météorologiques atmosphériques, la compréhension des distributions d’énergie dans la thermosphère est essentielle pour faire progresser notre compréhension de la dynamique spatiale », conclut Liu. « Nous espérons que ces résultats pourront être utilisés pour améliorer les prévisions météorologiques spatiales et garantir le fonctionnement et la sécurité continus des technologies satellitaires essentielles à la vie quotidienne. »
Plus d’information:
Facundo L. Poblet et al, Fonctions de structure du troisième ordre des vents zonaux dans la thermosphère à l’aide des observations CHAMP et GOCE, Lettres de recherche géophysique (2024). DOI : 10.1029/2024GL108367